Le bave dopo la lavorazione sono fastidiose, ma non preoccuparti! Ecco una soluzione. Il processo di taglio del metallo è spesso accompagnato dalla formazione di bave. La presenza di bave non solo riduce la precisione della lavorazione e la qualità della superficie del pezzo, influenzando le prestazioni del prodotto, ma talvolta può anche causare incidenti. Il problema delle bave viene solitamente risolto mediante la sbavatura. La sbavatura è un processo non-produttivo; non solo aumenta i costi del prodotto e allunga il ciclo produttivo del prodotto, ma un'errata rimozione delle bave può anche portare alla rottamazione dell'intero prodotto, causando perdite economiche.
Questo articolo analizza dapprima in modo sistematico i principali fattori che influenzano la formazione di bave nella fresatura, quindi esplora metodi e tecniche per ridurre e controllare le bave di fresatura dal punto di vista della progettazione strutturale fino alla produzione.
I. Forme principali di bave nella fresatura a candela Secondo il sistema di classificazione delle bave relativo al movimento di taglio-tagliente dell'utensile, le bave generate durante la fresatura a candela si dividono principalmente in cinque forme: bave su entrambi i lati del tagliente principale, bave che fuoriescono dal bordo laterale nella direzione di taglio, bave che fuoriescono dal bordo inferiore nella direzione di taglio e bave nelle direzioni di avanzamento (vedere Figura 1).
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Figura 1. Bave formate durante la fresatura
In generale, le bave nella direzione di taglio del bordo inferiore- sono più grandi e più difficili da rimuovere rispetto ad altre bave. Pertanto, questo articolo si concentra sulle bave nella direzione di taglio del bordo inferiore-come principale oggetto di ricerca.
In base alle diverse dimensioni e forme delle bave nella direzione di taglio del bordo inferiore- nella fresatura a candela, queste possono essere suddivise in tre tipi: bave di Tipo I (dimensioni più grandi, difficili da rimuovere e più costose da rimuovere), bave di Tipo II (dimensioni più piccole, possono essere lasciate non rimosse o facilmente rimosse) e bave di Tipo III, ovvero bave negative (come mostrato nella Figura 2).
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Figura 2. Tipi di bave nella direzione di taglio del bordo-inferiore durante la fresatura
II. Principali fattori che influenzano la formazione di bave nella fresatura a candela
La formazione di bave è un processo di deformazione del materiale molto complesso. Molti fattori, come le proprietà del materiale del pezzo, la geometria, il trattamento superficiale, la geometria dell'utensile, la traiettoria di taglio dell'utensile, l'usura dell'utensile, i parametri di taglio e l'utilizzo del refrigerante, influiscono direttamente sulla formazione di bave. La Figura 3 mostra un diagramma di flusso dei fattori che influenzano le bave di fresatura. In specifiche condizioni di fresatura, la morfologia e la dimensione delle bave di fresatura-dipendono dall'effetto combinato di vari fattori d'influenza, ma fattori diversi hanno effetti diversi sulla formazione di bave.
Figura 3: Diagramma di controllo causa-ed-effetto della formazione di bave di fresatura
1. Entrata/uscita utensile
Generalmente, le bave generate quando l'utensile esce dal pezzo sono più grandi di quelle generate quando l'utensile entra nel pezzo.
2. Angolo di uscita del piano
L'angolo di uscita del piano ha un impatto significativo sulla formazione di bave nella direzione di taglio del bordo inferiore. L'angolo di uscita del piano è definito come l'angolo tra la direzione della velocità di taglio (la combinazione vettoriale di velocità dell'utensile e velocità di avanzamento) in un punto perpendicolare all'asse della fresa sul tagliente quando il tagliente esce dalla faccia finale del pezzo e la direzione della faccia finale del pezzo. La direzione della faccia finale del pezzo va dal punto di ingresso dell'utensile al punto di uscita dell'utensile. Come mostrato nella Figura 5, Ψ è l'angolo di uscita del piano, con un intervallo di 0 gradi < Ψ inferiore o uguale a 180 gradi.
I risultati sperimentali mostrano che l'altezza della bava cambia forma con la profondità di taglio, cioè, all'aumentare della profondità di taglio, la bava cambia da bava di tipo I a bava di tipo II. La profondità di fresatura minima richiesta per produrre bave di tipo II è generalmente chiamata profondità di taglio limite, indicata con dcr. La Figura 6 mostra l'effetto dell'angolo di taglio planare e della profondità di taglio sull'altezza della bava durante la lavorazione di una lega di alluminio.
Figura 6 Tipo di bava, angolo di taglio planare e profondità di taglio
Come si può vedere dalla Figura 6, maggiore è l'angolo di taglio planare, maggiore è la profondità di taglio limite. Quando l'angolo di ritaglio planare è maggiore di 120 gradi, la dimensione della bava di Tipo I è maggiore e anche la profondità di taglio limite per la transizione alle bave di Tipo II è maggiore. Pertanto, un angolo di ritaglio planare più piccolo favorisce la formazione di bave di tipo II perché minore è Ψ, più alta è la rigidità del supporto della faccia dell'estremità-relativamente più alta e minore è la probabilità che si formino bave.
L'entità e la direzione della velocità di avanzamento hanno entrambe una certa influenza sull'entità e sulla direzione della velocità combinata v, che a sua volta influenza l'angolo di taglio planare e la formazione di bave. Pertanto, maggiore è la velocità di avanzamento e l'angolo di offset del bordo di uscita, minore è Ψ, il che è più favorevole alla soppressione della formazione di bave più grandi (come mostrato nella Figura 7). Immagine
Figura 7. Influenza della direzione di avanzamento sulla formazione di bave
3. Sequenza di ritrazione della punta dell'utensile (EOS)
Durante la fresatura a candela, la dimensione della bava dipende in gran parte dalla sequenza di ritrazione della punta dell'utensile. Come mostrato nella Figura 8: il punto A si trova sul tagliente secondario, il punto C è sul tagliente primario e il punto B è l'apice della punta dell'utensile. Supponiamo che la punta dell'utensile sia affilata, ovvero ignoriamo il raggio della punta dell'utensile. Se il bordo B-C si ritrae per primo dal pezzo, seguito dal bordo A-B, il truciolo è incernierato sulla superficie lavorata. Man mano che la fresatura procede, il truciolo viene espulso dal pezzo, formando una bava più grande sul bordo inferiore nella direzione di taglio. Se il bordo A-B si ritrae prima dal pezzo, seguito dal bordo B-C, il truciolo viene incernierato sulla superficie di transizione e tagliato dal pezzo, formando una bava più piccola sul bordo inferiore nella direzione di taglio.
Gli esperimenti mostrano che:
① La sequenza di retrazione della punta dell'utensile che aumenta sequenzialmente la dimensione della bava è ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA.
② I risultati prodotti da EOS sono gli stessi, tranne che con la stessa sequenza di retrazione, i materiali duttili producono bave più grandi rispetto ai materiali fragili. La sequenza di uscita della punta dell'utensile è correlata non solo alla geometria dell'utensile ma anche a fattori quali velocità di avanzamento, profondità di taglio, geometria del pezzo e condizioni di taglio. È una combinazione di fattori che influenzano la formazione delle bave.
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Figura 8: Sequenza di uscita della punta dell'utensile e formazione di bave
4. Influenza di altri fattori
① Anche i parametri di fresatura, la temperatura di fresatura e l'ambiente di taglio hanno un certo impatto sulla formazione di bave. L'influenza di alcuni fattori chiave, come la velocità di avanzamento e la profondità di taglio, si riflette nella teoria dell'angolo di uscita del piano e nella teoria EOS della sequenza di uscita della punta dell'utensile, che non verranno elaborate qui;
② Migliore è la plasticità del materiale da lavorare, più facile sarà la formazione di bave di tipo I. Nella fresatura di materiali fragili, una velocità di avanzamento elevata o un angolo di uscita del piano elevato favoriscono la formazione di bave (difetti) di tipo III.
③ Quando l'angolo tra la faccia frontale del pezzo e il piano lavorato è maggiore di un angolo retto, la maggiore rigidità del supporto della faccia frontale inibisce la formazione di bave.
④ L'uso del fluido di fresatura prolunga la durata dell'utensile, riduce l'usura dell'utensile, lubrifica il processo di fresatura e quindi riduce la dimensione della bava.
⑤ L'usura dell'utensile influisce notevolmente sulla formazione di bave. Quando l'utensile si usura in una certa misura, il raggio della punta dell'utensile aumenta, causando bave più grandi non solo nella direzione di ritiro dell'utensile ma anche nella direzione di ingresso dell'utensile. Il meccanismo richiede ulteriori indagini.
⑥ Anche altri fattori, come il materiale dell'utensile, influenzano la formazione di bave. Nelle stesse condizioni di taglio, gli utensili diamantati sono più efficaci di altri utensili nell’eliminare la formazione di bave.
III. Approcci di base al controllo della formazione di bave di fresatura La formazione di bave di fresatura finale è influenzata da vari fattori, tra cui il processo di fresatura specifico, la struttura del pezzo e la geometria dell'utensile. Per ridurre-le bave di fresatura, la formazione di bave deve essere controllata e ridotta al minimo sotto molteplici aspetti.
1. Design strutturale ragionevole: la formazione di bave è ampiamente influenzata dalla struttura del pezzo. Diverse strutture del pezzo comportano differenze significative nella forma e nella dimensione delle bave sui bordi dopo la lavorazione. Se il materiale del pezzo e il trattamento superficiale sono predeterminati, la geometria e i bordi del pezzo sono fattori cruciali che determinano la formazione di bave.
2. Sequenza di lavorazione appropriata: la sequenza di lavorazione influisce anche sulla forma e sulle dimensioni delle bave di fresatura finale. Diverse forme e dimensioni di bave comportano carichi di lavoro di sbavatura diversi e costi correlati. Pertanto, selezionare una sequenza di lavorazione adeguata è un modo efficace per ridurre i costi di sbavatura.
Figura 9: Metodo di controllo della selezione della sequenza di lavorazione
Nella Figura 10a, se la foratura viene eseguita prima della fresatura del piano, si generano facilmente bave di taglio più grandi sulla circonferenza del foro; se il piano viene prima fresato e poi forato, si generano solo bave di ingresso di foratura più piccole sulla circonferenza del foro. Allo stesso modo, nella Figura 10b, le bave formate dalla fresatura prima della superficie superiore e poi del contorno concavo sono più piccole di quelle formate lavorando prima il contorno concavo e poi fresando il piano.. 3. Evita la retrazione dell'utensile
Evitare la retrazione dell'utensile è un modo efficace per prevenire la formazione di bave, poiché è un fattore importante nella formazione di bave nella direzione di taglio. Generalmente le bave prodotte quando la fresa esce dal pezzo sono più grandi, mentre quelle prodotte quando entra sono più piccole. Pertanto, l'uscita della fresa dovrebbe essere evitata il più possibile durante la lavorazione. Come mostrato nella Figura 4, le bave prodotte utilizzando la Figura 4b sono più piccole di quelle prodotte nella Figura 4a.
4. Selezionare un percorso utensile appropriato
Come mostra l'analisi precedente, quando l'angolo di taglio planare- è inferiore a un certo valore, la dimensione della bava risultante è più piccola. L'angolo di taglio planare- può essere modificato modificando la larghezza di fresatura, la velocità di avanzamento (grandezza e direzione) e la velocità di rotazione (grandezza e direzione). Pertanto, la formazione di bave di tipo I può essere evitata selezionando un percorso utensile appropriato (vedere Figura 11).
Figura 10: Metodo del percorso utensile controllato
La Figura 10a mostra un percorso utensile a zigzag tradizionale. Le aree ombreggiate nella figura indicano i punti in cui potrebbero essere generate bave più grandi nella direzione di taglio. La Figura 10b utilizza un percorso utensile migliorato che può evitare la formazione di bave da taglio. Sebbene il percorso utensile nella Figura 11b sia leggermente più lungo e richieda un tempo di fresatura leggermente maggiore rispetto a quello nella Figura 10a, elimina la necessità di un ulteriore processo di sbavatura. Al contrario, la Figura 10a richiede una quantità significativa di tempo di sbavatura (sebbene le aree ombreggiate, che rappresentano la formazione di bave, non siano numerose, tutti i bordi contenenti bave devono essere attraversati durante la sbavatura effettiva). Pertanto, nel complesso, il percorso utensile nella Figura 10b è superiore a quello nella Figura 10a in termini di controllo delle bave.
5. Selezione dei parametri di fresatura appropriati
I parametri di fresatura finale (come avanzamento per dente, larghezza e profondità di fresatura e geometria dell'utensile) hanno una certa influenza sulla formazione di bave.
La formazione della bava di fresatura è influenzata da vari fattori, i principali sono: ingresso/uscita dell'utensile, angolo di uscita del piano, sequenza di uscita della punta dell'utensile e parametri di fresatura. La forma e la dimensione finale della bava sono il risultato dell'effetto combinato di questi fattori.
Questo documento analizza i principali fattori che influenzano la generazione di bave di fresatura dall'intero processo, inclusa la progettazione strutturale del pezzo, la disposizione del processo di lavorazione, i parametri di fresatura e la selezione dell'utensile. Propone tecniche, processi e metodi per sopprimere o ridurre le bave di fresatura, come il controllo del percorso della fresa, la selezione di una sequenza di lavorazione adeguata e il miglioramento della progettazione strutturale. Questi metodi forniscono soluzioni tecniche fattibili per controllare attivamente la dimensione della bava, migliorare la qualità del prodotto, ridurre i costi e abbreviare i cicli di produzione nella fresatura.
